[发明专利]碳化硅MOSFET单元结构和用于形成碳化硅MOSFET单元结构的方法

说明书

技术领域

本文提出的实施例通常涉及碳化硅（SiC）金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）单元结构和用于形成SiC MOSFET的方法。

背景技术

在传统的横向MOSFET中，电流沿着掺有第二导电型的材料的狭窄沟道水平地从源极流动至漏极（源极和漏极区域都掺有第一导电型的材料）。施加至覆盖在沟道上的栅极接触的电压使沟道的导电型反转而允许多数载流子从源极流动至漏极。因为沟道是狭窄的，所以传统的MOSFETS具有小的漏极电流和相应的较低的额定功率。

功率（高电流）MOSFETS使用许多不同的装置几何结构来增加装置的最大电流和额定功率。这些装置具有从大约1A至200A的额定电流和从大约1W到大于500W的额定功率。典型的功率MOSFET不是横向装置。相反，电流从装置的顶面上的源极区域垂直地流动至底面上的漏极区域。这个垂直的沟道配置允许在比横向MOSFET更小的区域中封装更多的沟道（和更多的MOSFETS）。单个芯片（die）能够携带比水平（横向）MOSFET元件更多的并行垂直MOSFET元件。

有三种类型的所谓的垂直MOSFET：平面双扩散型、沟槽栅极型以及柱形栅极型。各配置具有惟一的配置和制造方法。

在平面双扩散型中，载流子（NMOS装置中的电子）沿着装置的顶面从第一掺杂区域（源极）流经体区域中的沟道，并然后向下转向底面上的第二掺杂区域（漏极）。栅极位于覆盖在沟道上的装置的顶面上。除了漏极和源极区域以外，体/沟道区域由导电型相反的材料构成。这些平面双扩散型的垂直MOSFET具有比它们的横向对等物更高的电流容量。

在沟槽栅极型MOSFET中，在从装置的顶面垂直地或接近垂直地向下延伸的沟槽中形成栅极。沿着沟槽的侧壁形成沟道区域。源极和漏极区域能够放置在半导体块的顶面上或布置在该块的对面的表面上。沟槽栅极型装置是有利的，因为它们比垂直双扩散型MOSFET占据更少的表面面积并且因此享有更高的装置密度。柱形栅极型装置是沟槽栅极型装置的相反物。

提高半导体装置性能和增加装置密度（每单位面积更多装置）一直是并且将一直是半导体工业的重要目标。通过将单独的装置制作得更小和更加紧密地封装装置来增加装置密度。将更多的装置封装至同样的面积或甚至更好地封装至更小的面积，这允许更高水平的系统集成以及在功率MOSFETS的情况下的增加的电流容量。因为沟道长度在传统的横向MOSFET中消耗相当大的空间，所以垂直沟道节约了相当大的空间。

当降低装置尺寸（也称为特征尺寸或设计规则，并且典型地涉及栅极掩模尺寸）来更紧密地封装装置时，用于形成装置的方法和它们的构成元件必须适应更小的特征尺寸。但是缩小装置尺寸遇到了某些制造限制，尤其关于光刻过程。此类装置的制造者因此有时转向使用自对准技术来形成多种装置特征。

图1示出在栅极氧化物16的各边上具有两个源极接触（欧姆接触）14的简单的现有技术的垂直NMOSFET 10。栅极接触（contact）18覆盖在栅极氧化物16上。在P-阱24A中形成N+源极区域20。P-阱24A的延伸包括P+区域24B。源极接触14将N+源极区域20的每个与最近的P+区域24B短接。在下文中，用于对多种MOSFET区域进行掺杂的掺杂剂可称为第一或第二导电型的掺杂剂，其中第一导电型的掺杂剂能够为n型掺杂剂或p型掺杂剂，并且类似地，第二导电型的掺杂剂能够为n型掺杂剂或p型掺杂剂。

N-外延漂移层26如图所示那样布置，并且N+衬底28布置在N-外延层26下面。在N+衬底28上形成漏极接触30。

在栅极-源极电压大于栅极-源极阈值电压时（其为装置的特性），在P-阱24之内的沟道区域24A是反转的。自由电子然后从源极区域20流经反转的沟道区域24A并且沿着大体地由参考字符40指示的路径垂直地向下流动至漏极30。因为传导沟道比在传统的横向MOSFET中的宽得多，电流能够更大，所以允许垂直MOSFET（VMOSFET）以功率MOSFET所要求的电流和功率电平起作用。NMOSFETS几乎通用于高功率MOSFET应用中。

为增加垂直功率MOSFET的电流容量，单独的MOSFET单元（例如，包括在图1中示出的垂直MOSFET 10的单元）的几何图案形成于衬底上并且MOSFETS并联连接。单独的单元可为诸如正方形的或六边形的封闭图形的形状，或它们可布置在平行的纵向条纹（stripe）中。通常，由于它们的操作特性和几何结构，并联连接的功率MOSFETS具有相等的漏极电流。实际上，这个特征允许MOSFETS的并联连接。